JP4591155B2 - Exposure method and apparatus, and device manufacturing method - Google Patents
Exposure method and apparatus, and device manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP4591155B2 JP4591155B2 JP2005099920A JP2005099920A JP4591155B2 JP 4591155 B2 JP4591155 B2 JP 4591155B2 JP 2005099920 A JP2005099920 A JP 2005099920A JP 2005099920 A JP2005099920 A JP 2005099920A JP 4591155 B2 JP4591155 B2 JP 4591155B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- illumination
- exposure
- regions
- optical system
- pattern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
本発明は、格子状に配列された複数のパターンを投影光学系を介して物体上に転写するための露光技術に関し、例えば格子状に配列されたコンタクトホール用のパターンをウエハ等の物体上に転写するためのデバイス製造工程中で使用して好適なものである。 The present invention relates to an exposure technique for transferring a plurality of patterns arranged in a lattice shape onto an object via a projection optical system. For example, a contact hole pattern arranged in a lattice shape is placed on an object such as a wafer. It is suitable for use in a device manufacturing process for transferring.
例えば半導体デバイスの製造工程の一つであるリソグラフィ工程においては、レチクルやフォトマスク等のマスクに形成されているパターンを感光体としてのレジストが塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上に転写露光するために、露光装置が使用されている。露光装置としては、ステッパー等の一括露光型(静止露光型)の投影露光装置やスキャニングステッパー等の走査露光型の投影露光装置(走査型露光装置)などが使用されている。 For example, in a lithography process, which is one of the manufacturing processes of semiconductor devices, a pattern formed on a mask such as a reticle or photomask is transferred and exposed onto a wafer (or a glass plate or the like) coated with a resist as a photoreceptor. In order to do so, an exposure apparatus is used. As the exposure apparatus, a batch exposure type (stationary exposure type) projection exposure apparatus such as a stepper or a scanning exposure type projection exposure apparatus (scanning type exposure apparatus) such as a scanning stepper is used.
これらの露光装置においては、解像度を高めるために投影光学系の開口数が次第に大きくなるとともに、露光波長が次第に短波長化して来ている。現在は露光光源として主にKrFエキシマレーザ(波長248nm)やArFエキシマレーザ(波長193nm)等のエキシマレーザ光源が用いられている。ところが、単に開口数を大きくして露光波長を短くすると、投影光学系の焦点深度は許容範囲よりも狭くなる恐れがある。そこで、所定の焦点深度を確保した上で解像度を高めることができる露光方法として、位相シフトマスクを用いる露光方法や(例えば特許文献1参照)、輪帯照明等を用いる変形照明法などが提案されている。
半導体デバイスの製造工程中で高い解像度が必要とされる工程の一つに、格子状に配列された複数の微細な開口パターンであるコンタクトホールをウエハ上に形成する工程がある。そのコンタクトホール用のパターンの中には、一方向に孤立的でそれに直交する方向に微細ピッチで周期的に配列された一方向密集パターンがある。このような一方向密集パターンを露光する工程において、焦点深度を確保した上で解像度を高めるために、従来は2極照明のような変形照明法を用いる露光方法が使用されていた。 One of the processes requiring high resolution in the manufacturing process of a semiconductor device is a process of forming contact holes, which are a plurality of fine opening patterns arranged in a lattice pattern, on a wafer. Among the contact hole patterns, there is a one-way dense pattern that is isolated in one direction and periodically arranged at a fine pitch in a direction perpendicular thereto. In the process of exposing such a one-way dense pattern, conventionally, an exposure method using a modified illumination method such as dipole illumination has been used in order to increase the resolution while ensuring the depth of focus.
最近はデバイスの集積度が一層向上しており、コンタクトホールにおいてもその配列ピッチの微細化が進んでいる。しかしながら、一方向密集型のコンタクトホールのパターンにおいて、その配列ピッチが微細化すると、変形照明法を用いただけでは十分な焦点深度が確保できないという問題があった。
本発明はかかる点に鑑み、一方向密集パターンのように格子状に配列された複数のパターンを転写する際に、高い解像度が得られるとともに広い焦点深度が確保できる露光技術及びデバイス製造技術を提供することを目的とする。
Recently, the degree of integration of devices is further improved, and the arrangement pitch of contact holes is also becoming finer. However, when the arrangement pitch of the unidirectional dense contact hole pattern is reduced, there is a problem that a sufficient depth of focus cannot be ensured only by using the modified illumination method.
In view of the above, the present invention provides an exposure technique and a device manufacturing technique that can obtain a high resolution and ensure a wide depth of focus when transferring a plurality of patterns arranged in a lattice like a one-way dense pattern. The purpose is to do.
本発明による露光方法は、格子状に配列された複数のパターン(31)を投影光学系(PL)を介して物体上に転写露光する露光方法において、照明光学系(2〜9)からの露光ビームで複数のそのパターンを照明するに際して、その照明光学系の瞳面上で光軸からほぼ対称にずれた2つの第1領域(23A,23B;24A,24B)と、この2つの第1領域の内側でその光軸に対してほぼ対称にずれた2つの第2領域(23C,23D;24C,24D)とにおけるその露光ビームの光量を他の領域よりも高める工程と、その露光ビームの偏光状態を、その照明光学系の瞳面上でその2つの第1領域とその2つの第2領域とで偏光方向が実質的に直交する直線偏光に設定する工程とを備えたものである。 The exposure method according to the present invention is an exposure method in which a plurality of patterns (31) arranged in a lattice shape are transferred and exposed onto an object via a projection optical system (PL), and exposure from an illumination optical system (2-9) is performed. When illuminating a plurality of the patterns with a beam, two first regions (23A, 23B; 24A, 24B) shifted substantially symmetrically from the optical axis on the pupil plane of the illumination optical system, and the two first regions The amount of light of the exposure beam in the two second regions (23C, 23D; 24C, 24D) that are substantially symmetrically shifted with respect to the optical axis inside the light source, and the polarization of the exposure beam And a step of setting the state to linearly polarized light in which the polarization directions of the two first regions and the two second regions are substantially orthogonal to each other on the pupil plane of the illumination optical system.
かかる本発明によれば、変形照明の適用によってその複数のパターンの像を高い解像度で露光できる。さらに、その露光ビームの偏光状態の制御によって、その複数のパターンが一方向に孤立的でそれに直交する方向に周期的な場合に、広い焦点深度を確保できる。
本発明において、複数のそのパターンの像をその投影光学系を介してその物体上に投影する際に、そのパターンの像とその物体とをその投影光学系の光軸方向に相対移動する工程をさらに備えてもよい。これによって焦点深度がさらに広くなることがある。
According to the present invention, it is possible to expose the images of the plurality of patterns with high resolution by applying the modified illumination. Furthermore, by controlling the polarization state of the exposure beam, a wide depth of focus can be secured when the plurality of patterns are isolated in one direction and periodic in a direction perpendicular thereto.
In the present invention, when projecting a plurality of images of the pattern onto the object via the projection optical system, a step of relatively moving the pattern image and the object in the optical axis direction of the projection optical system. Further, it may be provided. This may further increase the depth of focus.
また、一例として、その照明光学系の瞳面上のそれぞれ2つのその第1領域及び第2領域は実質的にその光軸を通る直線(25A;25B)に沿って配置され、2つの第1領域におけるその露光ビームの偏光方向はその直線に直交する方向であり、2つの第2領域におけるその露光ビームの偏光方向はその直線に平行な方向であってもよい。
この場合、複数のそのパターンは、その直線に平行な方向に対応する方向に周期的に配置されるとともに、その直線に直交する方向に対応する方向に実質的に孤立的であってもよい。このとき、その2つの第1領域からの直線偏光の露光ビームによってその周期的な方向における解像度及び焦点深度が改善され、その第2領域からの直線偏光の露光ビームによってその孤立的な方向における解像度及び焦点深度が改善される。
As an example, each of the two first regions and the second region on the pupil plane of the illumination optical system is arranged along a straight line (25A; 25B) substantially passing through the optical axis, and the two first regions. The polarization direction of the exposure beam in the region may be a direction orthogonal to the straight line, and the polarization direction of the exposure beam in the two second regions may be a direction parallel to the straight line.
In this case, the plurality of patterns may be arranged periodically in a direction corresponding to a direction parallel to the straight line and may be substantially isolated in a direction corresponding to a direction orthogonal to the straight line. At this time, the resolution and depth of focus in the periodic direction are improved by the linearly polarized exposure beams from the two first regions, and the resolution in the isolated direction is improved by the linearly polarized exposure beams from the second region. And the depth of focus is improved.
また、一例として、その2つの第1領域の外側のコヒーレンスファクタは0.8から0.95であり、その2つの第2領域の中心のその光軸との距離はコヒーレンスファクタに換算して0.15から0.35であり、その第2領域はそれぞれコヒーレンスファクタに換算して0.05から0.2の半径の円形領域である。
次に、本発明による露光装置は、照明光学系(2〜9)からの露光ビームで所定パターン(R)を照明し、その所定パターンの投影光学系(PL)を介した像で物体(W)を露光する露光装置において、その所定パターンが、格子状に配列された複数のパターン(31)を含むときに、複数のそのパターンの配置に応じて、その照明光学系の瞳面上で光軸からほぼ対称にずれた2つの第1領域(23A,23B;24A,24B)と、この2つの第1領域の内側でその光軸に対してほぼ対称にずれた2つの第2領域(23C,23D;24C,24D)とにおけるその露光ビームの光量を他の領域よりも高めるとともに、その露光ビームの偏光状態を、その照明光学系の瞳面上でその2つの第1領域とその2つの第2領域とで偏光方向が実質的に直交する直線偏光に設定する照明条件制御系(12〜16,60〜63)を備えたものである。
As an example, the coherence factor outside the two first regions is 0.8 to 0.95, and the distance between the center of the two second regions and the optical axis is 0 in terms of the coherence factor. The second region is a circular region having a radius of 0.05 to 0.2 in terms of a coherence factor.
Next, the exposure apparatus according to the present invention illuminates the predetermined pattern (R) with the exposure beam from the illumination optical system (2-9), and displays the object (W) as an image through the projection optical system (PL) of the predetermined pattern. ) In the exposure apparatus that exposes the light on the pupil plane of the illumination optical system according to the arrangement of the plurality of patterns when the predetermined pattern includes a plurality of patterns (31) arranged in a grid pattern. Two first regions (23A, 23B; 24A, 24B) that are substantially symmetrically displaced from the axis, and two second regions (23C, 23A, 24B) that are substantially symmetrically displaced with respect to the optical axis inside the two first regions. , 23D; 24C, 24D) and the exposure beam in the illumination optical system on the pupil plane of the illumination optical system by increasing the amount of light of the exposure beam in other areas. The polarization direction is substantially the same with the second region Those with the illumination condition control system that sets the linearly polarized light (12~16,60~63) perpendicular to.
本発明によれば、変形照明の適用によってその複数のパターンの像を高い解像度で露光できる。さらに、その露光ビームの偏光状態の制御によって、その複数のパターンが一方向に孤立的でそれに直交する方向に周期的な場合に、広い焦点深度を確保できる。
本発明において、その所定パターンの像とその物体とをその投影光学系の光軸方向に相対移動する移動装置(38)をさらに備えてもよい。その移動装置を用いて、その所定パターンの像とその物体とをその光軸方向に相対移動することで、焦点深度がさらに改善されることがある。
According to the present invention, the images of the plurality of patterns can be exposed with high resolution by applying modified illumination. Further, by controlling the polarization state of the exposure beam, a wide depth of focus can be secured when the plurality of patterns are isolated in one direction and periodic in a direction perpendicular thereto.
In the present invention, a moving device (38) for relatively moving the image of the predetermined pattern and the object in the optical axis direction of the projection optical system may be further provided. The depth of focus may be further improved by relatively moving the image of the predetermined pattern and the object in the direction of the optical axis using the moving device.
また、一例として、その照明光学系の瞳面上のそれぞれ2つのその第1領域及び第2領域は実質的にその光軸を通る直線(25A;25B)に沿って配置され、その照明条件制御系は、2つの第1領域におけるその露光ビームの偏光方向をその直線に直交する方向として、2つの第2領域におけるその露光ビームの偏光方向をその直線に平行な方向としてもよい。 As an example, each of the two first and second regions on the pupil plane of the illumination optical system is arranged along a straight line (25A; 25B) substantially passing through the optical axis, and the illumination condition control is performed. The system may have the polarization direction of the exposure beam in two first regions as a direction perpendicular to the straight line, and the polarization direction of the exposure beam in two second regions as a direction parallel to the straight line.
また、複数のそのパターンは、その直線に平行な方向に対応する方向に周期的に配置されるとともに、その直線に直交する方向に対応する方向に実質的に孤立的であってもよい。このとき、その第1領域からの露光ビームによってその周期的な方向で解像度及び焦点深度が改善され、その第2領域からの露光ビームによってその孤立的な方向で解像度及び焦点深度が改善される。 The plurality of patterns may be periodically arranged in a direction corresponding to a direction parallel to the straight line, and may be substantially isolated in a direction corresponding to a direction orthogonal to the straight line. At this time, the resolution and depth of focus are improved in the periodic direction by the exposure beam from the first region, and the resolution and depth of focus are improved in the isolated direction by the exposure beam from the second region.
次に、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法又は露光装置を用いて回路パターンを感光体上に転写する露光工程を含むものである。本発明によれば、その露光工程において、一方向密集パターンのように格子状に配列されたパターンを転写する際に、広い焦点深度を確保した上で高い解像度が得られるため、コンタクトホールのようなパターンを含むデバイスを高い歩留まりで製造できる。また、本発明のデバイス製造方法は、一例としてフラッシュメモリ又はCPUを製造する際にも適用できる。 Next, the device manufacturing method according to the present invention includes an exposure step of transferring a circuit pattern onto a photoreceptor using the exposure method or exposure apparatus of the present invention. According to the present invention, in the exposure process, when transferring a pattern arranged in a lattice like a one-way dense pattern, a high resolution can be obtained while ensuring a wide depth of focus. Devices with various patterns can be manufactured with a high yield. The device manufacturing method of the present invention can also be applied when manufacturing a flash memory or CPU as an example.
本発明によれば、変形照明と露光ビームの偏光状態の制御とを組み合わせることによって、一方向密集パターンのように格子状に配列された複数のパターンを転写する際に、高い解像度が得られるとともに広い焦点深度が確保できる。
また、露光中にそのパターンの像と物体とを投影光学系の光軸方向に相対移動することによって、さらに焦点深度が改善できる場合がある。
According to the present invention, by combining the modified illumination and the control of the polarization state of the exposure beam, a high resolution can be obtained when transferring a plurality of patterns arranged in a lattice like a one-way dense pattern. A wide depth of focus can be secured.
In addition, the depth of focus may be further improved by relatively moving the image of the pattern and the object in the optical axis direction of the projection optical system during exposure.
以下、本発明の好ましい第1の実施形態につき図1〜図7を参照して説明する。本例は、格子状に配列されたコンタクトホール用のパターンを転写する際に本発明を適用したものである。
図1は、本例の露光装置の構成を概略的に示す図である。図1において、感光性基板(感光体)であるフォトレジストの塗布されたウエハWの表面(ウエハ面)の法線方向に沿ってZ軸を、ウエハ面に平行な面内において図1の紙面に平行な方向にY軸を、図1の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。
A preferred first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In this example, the present invention is applied when a pattern for contact holes arranged in a lattice pattern is transferred.
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the exposure apparatus of this example. In FIG. 1, the Z axis along the normal direction of the surface (wafer surface) of a wafer W coated with a photoresist, which is a photosensitive substrate (photoreceptor), in the plane parallel to the wafer surface in FIG. The Y axis is set in a direction parallel to the X axis, and the X axis is set in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.
本実施形態の露光装置は、露光ビームとしての照明光(露光光)を供給するためのレーザ光源1を備えている。レーザ光源1(露光光源)として、本例では波長193nmの光を供給するArFエキシマレーザ光源を用いているが、その他に例えば波長248nmの光を供給するKrFエキシマレーザ光源、F2 レーザ光源(波長157nm)、又はYAGレーザや固体レーザ(半導体レーザ等)の高調波発生装置なども使用できる。
The exposure apparatus of this embodiment includes a
レーザ光源1からZ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、X方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ2a及び2bからなるビームエキスパンダ2に入射する。各レンズ2a及び2bは、第1図の紙面内(YZ平面内)において負の屈折力及び正の屈折力をそれぞれ有する。従って、ビームエキスパンダ2に入射した光束は、第1図の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。整形光学系としてのビームエキスパンダ2を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー3でY方向に偏向された後、位相部材10、デポラライザ(非偏光化素子)20、及び回折光学素子4を介して、アフォーカルズームレンズ5に入射する。位相部材10及びデポラライザ20の構成及び作用については後述する。一般に、回折光学素子は、基板に入射する光の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子4は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド(又はフラウンホーファー回折領域)に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。
A substantially parallel light beam emitted from the
従って、回折光学素子4から射出される光束は、アフォーカルズームレンズ5の瞳位置に円形状の光強度分布、即ち円形状の断面を有する光束を形成する。回折光学素子4は、照明光路から退避可能に構成されている。アフォーカルズームレンズ5は、アフォーカル系(無焦点光学系)を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。アフォーカルズームレンズ5を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子6に入射する。アフォーカルズームレンズ5は、回折光学素子4の発散原点と回折光学素子6の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、回折光学素子6の回折面又はその近傍の面の一点に集光する光束の関口数は、アフォーカルズームレンズ5の倍率に依存して変化する。
Therefore, the light beam emitted from the diffractive optical element 4 forms a circular light intensity distribution at the pupil position of the
輪帯照明用の回折光学素子6は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。回折光学素子6は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、かつ後述の一列の4極照明用の回折光学素子60及び61、通常の4極照明用の回折光学素子62、並びに通常照明用の回折光学素子63と切り換え可能に構成されている。
The diffractive optical element 6 for annular illumination has a function of forming a ring-shaped light intensity distribution in the far field when a parallel light beam is incident. The diffractive optical element 6 is configured to be detachable with respect to the illumination optical path, and includes a row of diffractive
回折光学素子6から射出された光束は、照明光学系の光軸AXに沿ってズームレンズ7に入射する。ズームレンズ7の後側焦点面の近傍には、マイクロレンズアレイ(又はフライアイレンズ)8の入射面が位置決めされている。マイクロレンズアレイ8は、縦横にかつ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロレンズアレイは、例えば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。
The light beam emitted from the diffractive optical element 6 enters the
ここで、マイクロレンズアレイ8を構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロレンズアレイ8は、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ(微小屈折面)が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロレンズアレイ8はフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
Here, each minute lens constituting the
上述したように、回折光学素子4を介してアフォーカルズームレンズ5の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、アフォーカルズームレンズ5から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子6に入射する。即ち、回折光学素子4は、角度光束形成機能を有するオプティカルインテグレータを構成している。一方、回折光学素子6は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する光束変換素子としての機能を有する。従って、回折光学素子6から射出される光束は、ズームレンズ7の後側焦点面に(ひいてはマイクロレンズアレイ8の入射面に)、例えば光軸AXを中心とした輸帯状の照野を形成する。
As described above, the luminous flux from the circular light intensity distribution formed at the pupil position of the
マイクロレンズアレイ8の入射面に形成される輸帯状の照野の外径は、ズームレンズ7の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ7は、回折光学素子6とマイクロレンズアレイ8の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。マイクロレンズアレイ8に入射した光束は二次元的に分割され、マイクロレンズアレイ8の後側焦点面である照明光学系の瞳面(以下、「照明系瞳面」と言う)PILには、入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源(以下、「二次光源」という)が形成される。二次光源は、他の領域よりも照明光の光量が多い領域ともみなすことができ、その二次光源が輪帯領域又は4極領域のように光軸AXから偏心した領域を含むときに、照明条件は変形照明となる。
The outer diameter of the zonal illumination field formed on the incident surface of the
図1において、マイクロレンズアレイ8の後側焦点面(照明系瞳面PIL)に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、コンデンサー光学系9の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたレチクル又はフォトマスクよりなるマスクMを重畳的に照明する。マスクMのパターン面(下面)の近傍には視野絞り(不図示)が配置されている。なお、コンデンサー光学系9内で一度結像を行って、その結像面の近傍に視野絞りを配置してもよい。本例では、ビームエキスパンダ2からコンデンサー光学系9までの光学部材を含んで照明光学系が構成されている。
In FIG. 1, a light beam from an annular secondary light source formed on the rear focal plane (illumination system pupil plane PIL) of the
マスクMのパターンを透過した光束は、光軸AX1の投影光学系PLを介して、感光性基板(感光体)であるフォトレジストが塗布されたウエハW上にマスクパターンの像を形成する。ウエハW上の一つのショット領域の大きさを33mm角として、投影光学系PLの倍率を1/4とすると、マスクMのパターン形成領域の大きさは132(=33×4)mm角となる。また、投影光学系PLの瞳PPL(投影光学系PLの像側の開口数NAに対応する領域)は、不図示の開口絞りによって規定されている。投影光学系PLの瞳PPLの位置と照明系瞳面PILとは共役である。そして、投影光学系PLの光軸AX1と直交する平面(XY平面)内においてウエハWを二次元的に駆動制御しながら一括露光又はスキャン露光を行うことにより、ウエハWの各ショット領域(区画領域)にはマスクMのパターンの像が逐次露光される。 The light beam that has passed through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W coated with a photoresist, which is a photosensitive substrate (photoconductor), via the projection optical system PL of the optical axis AX1. If the size of one shot area on the wafer W is 33 mm square and the magnification of the projection optical system PL is 1/4, the size of the pattern formation area of the mask M is 132 (= 33 × 4) mm square. . The pupil PPL of the projection optical system PL (region corresponding to the numerical aperture NA on the image side of the projection optical system PL) is defined by an aperture stop (not shown). The position of the pupil PPL of the projection optical system PL and the illumination system pupil plane PIL are conjugate. Then, by performing batch exposure or scan exposure while driving and controlling the wafer W two-dimensionally in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX1 of the projection optical system PL, each shot area (partition area) of the wafer W is performed. ) Is sequentially exposed with the pattern image of the mask M.
本実施形態では、回折光学素子6が照明光路に配置されている場合、アフォーカルズームレンズ5の倍率が変化すると、輪帯状の二次光源の中心高さ(輪帯の中心線の光軸AXからの距離)が変化することなく、その幅(外径と内径との差の1/2)だけが変化する。即ち、アフォーカルズームレンズ5の倍率を変化させることにより、輪帯状の二次光源の大きさ(外径)及びその形状(輪帯比=内径/外径)をともに変更することができる。
In the present embodiment, when the diffractive optical element 6 is disposed in the illumination optical path, if the magnification of the
また、ズームレンズ7の焦点距離が変化すると、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、中心高さ及びその幅がともに変化する。即ち、ズームレンズ7の焦点距離を変化させることにより、輸帯状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。以上より、本実施形態では、アフォーカルズームレンズ5の倍率とズームレンズ7の焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
When the focal length of the
なお、回折光学素子6に代えて回折光学素子60を照明光路中に設定することによって一列の4極照明を行うことができる。回折光学素子60は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに4点状の光強度分布を形成する機能を有する。従って、回折光学素子60を介した光束は、マイクロレンズアレイ8の入射面に、例えば光軸AXを通る直線に沿った4箇所の照野(4極状の照野)を形成し、これに応じて図2(A)に示すように、マイクロレンズアレイ8の後側焦点面(照明系瞳面PIL)に4極状の二次光源が形成される。
Note that a single row of quadrupole illumination can be performed by setting the diffractive
図2(A)の照明系瞳面PILにおいて、光軸AXをX方向に挟むように対称に配置されたZ方向に細長いほぼ楕円状の2つの二次光源23A及び23B(第1領域)と、これらの二次光源23A及び23Bの間に光軸AXをX方向に挟むように対称に配置された2つの円形の二次光源23C及び23D(第2領域)とにおいて、照明光の光量がほぼ均一に大きく設定され、その他の領域では照明光の光量はほぼ0になるように設定されている。また、二次光源23A,23C,23D,23Bの中心は、それぞれ光軸AXを通りX軸に平行な直線25A上に一列に配置されている。照明系瞳面PIL上のX方向及びZ方向は、それぞれ図1のマスクM上のX方向及びY方向に対応している。
In the illumination system pupil plane PIL of FIG. 2A, two
その4極照明においても輪帯照明の場合と同様に、アフォーカルズームレンズ5の倍率を変化させることにより、4極状の二次光源の外径(2つの外側の二次光源23A,23Bに外接する円の直径Do)及び一種の輪帯比(2つの内側の二次光源23C,23Dに内接する円の直径Diをその外接円の直径Doで割った値)をともに変更することができる。また、ズームレンズ7の焦点距離を変化させることにより、4極状の二次光源23A〜23Dのその輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、アフォーカルズームレンズ5の倍率とズームレンズ7の焦点距離とを適宜変化させることにより、4極状の二次光源23A〜23Dの外径を変化させることなくその一種の輪帯比だけを変更することもできる。
In the quadrupole illumination, as in the case of the annular illumination, the outer diameter of the quadrupolar secondary light source (the two outer secondary
図3は、図2(A)の4極状の二次光源23A〜23Dの形状の説明図である。ここで、照明光学系の開口数NAiを、投影光学系PLの物体側(マスク側)の開口数NAOBに対する比率であるコヒーレンスファクタ(σ値)を用いて表すとともに、照明系瞳面PILにおける二次光源の大きさや形状を適宜そのコヒーレンスファクタ(σ値)に換算して表すものとする。このとき、照明光学系の開口数NAiのσ値は次のようになる。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the shape of the quadrupolar secondary
σ=NAi/NAOB …(1)
図3において、光軸AXを通りX軸に平行な直線25A上で、光軸AXから+X方向及び−X方向に距離R5の位置に点28A及び28Bを取り、光軸AXから二次光源23A及び23Bの中心までの距離をR4として、二次光源23A及び23BのX方向の幅をt、Z方向の幅をhとする。また、光軸AXを中心として半径がNAOBの円周26及び半径がNAiの円周27を描き、光軸AXから内側の2つの二次光源23C及び23Dの中心までの距離をR3、円形の二次光源23C及び23Dの半径をR2とする。このとき、一例として点28A及び28Bを中心として半径がNAiの円周29A及び29Bを描くと、円周27と円周29A(又は29B)とで囲まれるZ方向に細長い楕円状の領域が二次光源23A(又は23B)となっている。
σ = NAi / NA OB (1)
In FIG. 3, on a
従って、距離R5は次のように距離R4の2倍になる。
R5=2×R4 …(2)
また、円周27の半径NAiは距離R4よりも大きいため、以下の条件が成立する。
NAi>R4 …(3)
t=2(NAi−R4) …(4)
また、内側の二次光源23C,23Dは外側の二次光源23A,23Bに重ならないとともに、内側の二次光源23C,23Dは離れているため、以下の条件が成立する。
Therefore, the distance R5 is twice the distance R4 as follows.
R5 = 2 × R4 (2)
Further, since the radius NAi of the
NAi> R4 (3)
t = 2 (NAi-R4) (4)
Further, since the inner secondary
R4−t/2>R3+R2 …(5)
R3>R2 …(6)
この場合、一例として、円周27及び円周29A,29Bの半径NAi、即ち二次光源23A,23Bの外側の半径を次のようにσ値換算で0.8〜0.95に設定する。このように二次光源23A,23Bの外側の半径を大きく設定するのは、X方向にできるだけ高い解像度を得るためである。
R4-t / 2> R3 + R2 (5)
R3> R2 (6)
In this case, as an example, the radius NAi of the
0.8NAOB≦NAi≦0.95NAOB …(7)
また、距離R5(距離R4の2倍)は、一例として転写対象の周期的パターンによるX方向の1次回折光の回折角に対応する距離に設定される。この結果、図3の円周26を投影光学系PLの瞳とみなしたときに、一方の二次光源23A(又は23B)によるX方向の1次回折光は他方の二次光源23B(又は23A)の位置を通過するため、像面には二次光源23Aからの傾斜した0次光と二次光源23Aからの光束の1次回折光とによる像と、二次光源23Bからの傾斜した0次光と二次光源23Bからの光束の1次回折光とによる像とを加算した形で、焦点深度が深い状態で周期的パターンの像が形成される。
0.8NA OB ≦ NAi ≦ 0.95NA OB (7)
Further, the distance R5 (twice the distance R4) is set to a distance corresponding to the diffraction angle of the first-order diffracted light in the X direction according to the periodic pattern to be transferred as an example. As a result, when the
また、外側の二次光源23A及び23BのZ方向の幅hは、X方向の幅tの2倍〜4倍程度である。要は、二次光源23A及び23BのZ方向の幅hは、二次光源23A及び23Bが半径NAiの円周27からはみ出ない範囲で広く設定することが好ましい。このため、二次光源23A及び23Bの形状をZ方向に細長い楕円にしてもよい。
そして、内側の2つの二次光源23C及び23Dの中心の光軸との距離R3は、次のようにσ値に換算して0.15から0.35の間に設定され、二次光源23C及び23Dの半径R2はσ値に換算して0.05から0.2の間に設定される。なお、二次光源23C及び23Dも、楕円形等の円形以外の形状にすることも可能である。
Further, the width h in the Z direction of the outer secondary
The distance R3 from the center optical axis of the two inner secondary
0.15NAOB≦R3≦0.35NAOB …(8)
0.05NAOB≦R2≦0.2NAOB …(9)
この場合、内側の2つの二次光源23C及び23Dからの光束は、主にZ方向(マスクM上のY方向に対応する)に孤立的なパターンの像を形成するために使用される。この際に、距離R3を(8)式の範囲に設定することで、X方向に周期的なパターンの像に対して悪影響を与えないとともに、そのZ方向に孤立的なパターンからのウエハ面に垂直に入射する0次光が無くなるために、その孤立的なパターンの像の焦点深度を広くできる。また、二次光源23C,23Dの半径R2について(9)式の条件を満たすことで、その孤立的なパターンに対してZ方向に小σ照明と同様に解像度を向上できる。このように図2(A)のX方向に一列の4極照明を用いることで、Z方向に対応する方向に孤立的でX方向に周期的な一方向密集パターンを高い解像度で、かつ深い焦点深度で投影できる。
0.15 NA OB ≦ R 3 ≦ 0.35 NA OB (8)
0.05 NA OB ≦ R 2 ≦ 0.2 NA OB (9)
In this case, the light beams from the two inner secondary
また、図1において、回折光学素子6に代えて回折光学素子61を照明光路中に設定することによって別の一列の4極照明を行うことができる。回折光学素子61も、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに4点状の光強度分布を形成する機能を有する。従って、回折光学素子61を介した光束は、マイクロレンズアレイ8の入射面に、例えば光軸AXを通る直線に沿った4箇所の照野(4極状の照野)を形成し、これに応じて図2(B)に示すように、マイクロレンズアレイ8の後側焦点面(照明系瞳面PIL)に4極状の二次光源が形成される。
In FIG. 1, another row of quadrupole illumination can be performed by setting a diffractive optical element 61 in the illumination optical path instead of the diffractive optical element 6. The diffractive optical element 61 also has a function of forming a four-point light intensity distribution in the far field when a parallel light beam is incident. Accordingly, the light beam that has passed through the diffractive optical element 61 forms, for example, four illumination fields (four-polar illumination fields) along a straight line passing through the optical axis AX on the incident surface of the
図2(B)の照明系瞳面PILにおいて、図2(A)の二次光源23A〜23Dを90°反時計周りに回転した配置で、光軸AXをZ方向に挟むように対称に2つの二次光源24A及び24B(第1領域)と、2つの二次光源24C及び24D(第2領域)とが配置され、これらの二次光源24A〜24Dにおいて、照明光の光量がほぼ均一に大きく設定され、その他の領域では照明光の光量はほぼ0になるように設定されている。また、二次光源24A〜24Dの中心は、それぞれ光軸AXを通りZ軸に平行な直線25B上に一列に配置されている。この図2(B)のZ方向に一列の4極照明を用いることで、X方向に孤立的でZ方向に対応する方向に周期的な一方向密集パターンを高い解像度で、かつ深い焦点深度で投影できる。
In the illumination system pupil plane PIL of FIG. 2B, the
なお、本例では図2(A)又は図2(B)の一列の4極照明を用いる際に、さらに焦点深度を改善するために、照明光の偏光状態の制御も併用する(詳細後述)。
さらに、図1の回折光学素子6に代えて回折光学素子62を照明光路中に設定することによって、光軸AXの周囲に45°間隔で配置された二次光源からの照明光を用いる通常の4極照明を行うことができる。
In this example, when using a single row of quadrupole illumination in FIG. 2A or FIG. 2B, control of the polarization state of illumination light is also used in order to further improve the depth of focus (details will be described later). .
Further, by setting the diffractive optical element 62 in the illumination optical path instead of the diffractive optical element 6 in FIG. 1, a normal illumination light from a secondary light source arranged at 45 ° intervals around the optical axis AX is used. Quadrupole illumination can be performed.
また、回折光学素子4を照明光路から退避させるとともに、回折光学素子6に代えて通常の円形照明用の回折光学素子63を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。この場合、アフォーカルズームレンズ5には光輪AXに沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。アフォーカルズームレンズ5に入射した光束は、その倍率に応じて拡大又は縮小され、矩形状の断面を有する光束のまま光軸AXに沿ってアフォーカルズームレンズ5から射出され、回折光学素子63に入射する。
Further, by retracting the diffractive optical element 4 from the illumination optical path and setting a normal circular illumination diffractive
ここで、円形照明用の回折光学素子63は、回折光学素子4と同様に、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。従って、回折光学素子63により形成された円形光束は、ズームレンズ7を介して、マイクロレンズアレイ8の入射面において光軸AXを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロレンズアレイ8の後側焦点面にも、光軸AXを中心とした円形状の二次光源が形成される。この場合、アフォーカルズームレンズ5の倍率又はズームレンズ7の焦点距離を変化させることにより、円形状の二次光源の外径を適宜変更することができる。
Here, like the diffractive optical element 4, the diffractive
なお、図1の回折光学素子6、60〜63は例えば駆動モータ13によって回転されるターレット板(不図示)の円周上に等角度間隔で固定されており、駆動モータ13がそのターレット板を回転することで、所望の回折光学素子を照明光路上に設置できる。駆動モータ13は、装置全体の動作を統轄制御する主制御系11からの指令に基づいて駆動系12によって制御される。
The diffractive
次に、図4は、図1の位相部材及びデポラライザの構成を概略的に示す図である。図4を参照すると、位相部材10は、光軸AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成された1/2波長板より構成されている。一方、デポラライザ20は、楔形状の水晶プリズム20aと、この水晶プリズム20aと相補的な形状を有する楔形状の石英プリズム20bとから構成されている。水晶プリズム20aと石英プリズム20bとは、一体的なプリズム組立体として、照明光路に対して挿脱自在に構成されている。レーザ光源1として本例のようにArFエキシマレーザ光源(又はKrFエキシマレーザ光源でも同じ)を用いている場合、その光源から射出される光の偏光度は典型的には95%以上の偏光度を有するため、1/2波長板10にはほぼ直線偏光の光が入射する。
Next, FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the phase member and the depolarizer of FIG. Referring to FIG. 4, the
1/2波長板10の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して0°又は90°の角度をなすように設定された場合、1/2波長板10に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、1/2波長板10の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して45°の角度をなすように設定された場合、1/2波長板10に入射した直線偏光の光は偏光面が90°だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、水晶プリズム20aの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して45°の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム20aに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換(非偏光化)される。
When the crystal optical axis of the half-
本実施形態では、デポラライザ20が照明光路中に位置決めされたときに、水晶プリズム20aの結晶光学軸が入射する直線偏光の光の偏光面に対して45°の角度をなすように構成されている。ちなみに、水晶プリズム20aの結晶光学軸が入射する直線偏光の光の偏光面に対して0°又は90°の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム20aに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、1/2波長板10の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して22.5°の角度をなすように設定された場合、1/2波長板10に入射した直線偏光の光は、偏光面が変化することなくそのまま通過する直線偏光成分と偏光面が90°だけ変化した直線偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換される。
In the present embodiment, when the
本実施形態では、上述したように、レーザ光源1からの直線偏光の光が1/2波長板10に入射するが、以下の説明を簡単にするために、P偏光(図1中で1/2波長板10の位置においてZ方向に偏光した直線偏光、以下「Z方向偏光」と称する)の光が1/2波長板10に入射するものとする。デポラライザ20を照明光路中に位置決めした場合、1/2波長板10の結晶光学軸が入射するP偏光(Z方向偏光)の偏光面に対して0°又は90°の角度をなすように設定すると、1/2波長板10に入射したP偏光(Z方向偏光)の光は偏光面が変化することなくP偏光(Z方向偏光)のまま通過して水晶プリズム20aに入射する。水晶プリズム20aの結晶光学軸は入射するP偏光(Z方向偏光)の偏光面に対して45°の角度をなすように設定されているので、水晶プリズム20aに入射したP偏光(Z方向偏光)の光は非偏光状態の光に変換される。
In the present embodiment, as described above, linearly polarized light from the
水晶プリズム20aを介して非偏光化された光は、光の進行方向を補償するためのコンペンセータとしての石英プリズム20bを介して、非偏光状態でマスクM(ひいてはウエハW)を照明する。一方、1/2波長板10の結晶光学軸が入射するP偏光(Z方向偏光)の偏光面に対して45°の角度をなすように設定すると、1/2波長板10に入射したP偏光(Z方向偏光)の光は偏光面が90°だけ変化し、S偏光(図1中で1/2波長板10の位置においてX方向に偏光する直線偏光で、以下「X方向偏光」と称する)の光になって水晶プリズム20aに入射する。水晶プリズム20aの結晶光学軸は入射するS偏光(X方向偏光)の偏光面に対しても45°の角度をなすように設定されているので、水晶プリズム20aに入射したS偏光(X方向偏光)の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズム20bを介して、非偏光状態でマイクロレンズアレイ8ひいてはマスクMを照明する。
The light depolarized through the
これに対し、デポラライザ20を照明光路から退避させた場合、1/2波長板10の結晶光学軸が入射するP偏光(Z方向偏光)の偏光方向に対して0°又は90°の角度をなすように設定すると、1/2波長板10に入射したP偏光(Z方向偏光)の光は偏光面が変化することなくP偏光(Z方向偏光)のまま通過し、P偏光(Z方向偏光)状態の光でマイクロレンズアレイ8を照明する。一方、1/2波長板10の結晶光学軸が入射するP偏光(Z方向偏光)の偏光方向に対して45°の角度をなすように設定すると、1/2波長板10に入射したP偏光の光は偏光面が90°だけ変化してS偏光の光になり、S偏光(X方向偏光)状態の光でマイクロレンズアレイ8を照明する。
On the other hand, when the
以上のように、本実施形態では、デポラライザ20を照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態でマイクロレンズアレイ8(ひいてはマスクM)を照明することができる。また、デポラライザ20を照明光路から退避させ且つ1/2波長板10の結晶光学軸が入射するP偏光(Z方向偏光)の偏光方向に対して0°又は90°の角度をなすように設定することにより、P偏光(Z方向偏光)状態でマイクロレンズアレイ8を照明することができる。さらに、デポラライザ20を照明光路から退避させ、且つ1/2波長板10の結晶光学軸が入射するP偏光(Z方向偏光)の偏光方向に対して45°をなすように設定することにより、S偏光(X方向偏光)状態でマイクロレンズアレイ8を照明することができる。
As described above, in this embodiment, the microlens array 8 (and thus the mask M) can be illuminated in a non-polarized state by inserting the
さらに、本例のマイクロレンズアレイ8の後側焦点面である照明系瞳面PILの照明光路上には、偏光分布設定板14がスライダ15に沿って駆動モータ16によって挿脱自在に配置されている。駆動モータ16も、主制御系11からの指令に基づいて駆動系12によって制御されている。偏光分布設定板14、スライダ15、駆動モータ16、及び駆動系12から偏光状態制御系が構成され、この偏光状態制御系(12,14〜16)、回折光学素子6,60〜63、及び駆動モータ13から照明条件制御系が構成されている。
Further, on the illumination optical path of the illumination system pupil plane PIL that is the rear focal plane of the
図2(A)は、照明系瞳面PIL上の偏光分布設定板14を示し、この図2(A)において、円板状の偏光分布設定板14は、外側の二次光源23A及び23Bを覆う輪帯状の1/2波長板14Aと、内側の二次光源23C及び23Dを覆う円形の1/2波長板14Bとを連結して構成されている。この場合、外側の1/2波長板14Aの光学結晶軸17AはZ軸に平行であり、内側の1/2波長板14Bの光学結晶軸17BはZ軸に対して45°傾斜している。
FIG. 2A shows the polarization
また、偏光分布設定板14を照明系瞳面PILの照明光路上に設置した状態では、図1のデポラライザ20を照明光路から退避させて、かつ1/2波長板10の回転角は、射出される照明光の偏光方向がZ方向となるように設定される。この結果、図2(A)において、外側の1/2波長板14Aを通過した直線偏光の照明光の偏光方向はZ軸に平行なD1方向であり、内側の1/2波長板14Bを通過した直線偏光の照明光の偏光方向はX軸に平行なD2方向である。即ち、X方向に一列に配置された4極の二次光源23A〜23Dを用いる4極照明において、外側の1対の二次光源23A及び23Bからの照明光の偏光状態は、Z方向(直線25Aに直交する方向)に偏光した直線偏光であり、内側の1対の二次光源23C及び23Dからの照明光の偏光状態は、X方向(直線25Aに平行な方向)に偏光した直線偏光である。
In the state where the polarization
さらに、図2(B)のZ方向に一列に配置された二次光源24A〜24Dを用いる4極照明においては、図1のデポラライザ20を照明光路から退避させて、かつ1/2波長板10の回転角は、射出される照明光の偏光方向がX方向となるように設定する。この結果、外側の1対の二次光源24A及び24Bからの照明光の偏光状態は、X方向(直線25Bに直交する方向)に偏光した直線偏光であり、内側の1対の二次光源24C及び24Dからの照明光の偏光状態は、Z方向(直線25Bに平行な方向)に偏光した直線偏光である。なお、偏光分布の設定装置としては、上記の複数の1/2波長板を組み合わせた偏光分布設定板14の他に、偏光板を用いる機構や、複数の独立の光源を用いる機構等の他の機構を用いてもよい。
Further, in the quadrupole illumination using the
次に、本例の露光装置を用いて格子状に配列された複数のコンタクトホール用のパターンを図1のウエハW上に転写する際の動作の一例につき説明する。
図6(A)及び(B)はそれぞれ本例で露光されるコンタクトホール用のパターンの一部の拡大図を示している。これらのパターンは、例えば図1のマスクMのパターン形成領域の一部に形成されている。
Next, an example of an operation when transferring a plurality of contact hole patterns arranged in a lattice pattern onto the wafer W in FIG. 1 using the exposure apparatus of this example will be described.
FIGS. 6A and 6B are enlarged views of a part of the contact hole pattern exposed in this example. These patterns are formed, for example, in a part of the pattern formation region of the mask M in FIG.
図6(A)のX方向に周期的に配置されたコンタクトホール用のパターンとしてのX方向密集パターン32Xは、遮光部を背景としてX方向の幅aでY方向の幅cの透過率6%のハーフトーンの矩形の開口パターン31をX方向にピッチbで配置したパターンである。即ち、X方向密集パターン32Xは、Y方向に孤立的でX方向にピッチbの周期的なパターンである。この場合、マスクM上でのX方向及びY方向は、それぞれ照明系瞳面PIL(例えば図2(A))上ではX方向及びZ方向に対応している。
An X-direction
また、一例として、図1の投影光学系PLを介してウエハ上に投影された状態で、幅aは75nm、幅cは150nmであり、ピッチbは150nmである。なお、図6(A)のX方向密集パターン32Xに対してY方向にピッチbの数倍のピッチでX方向密集パターン32Xと同様の複数のX方向密集パターンが配置されている場合にも、個々のX方向密集パターンはそれぞれY方向に孤立的な一方向密集パターンであるとみなすことができる。そのX方向密集パターン32Xを転写する際には、図2(A)のX方向に一列に配置された二次光源23A〜23Dを用いて、各二次光源23A〜23Dからの偏光状態を図2(A)のように設定した一列の4極照明が使用される。
As an example, the width a is 75 nm, the width c is 150 nm, and the pitch b is 150 nm when projected onto the wafer via the projection optical system PL of FIG. Even when a plurality of X-direction dense patterns similar to the X-direction
図6(B)のY方向密集パターン32Yは、図6(A)のX方向密集パターン32Xを90°回転したパターンである。即ち、Y方向密集パターン32Yは、X方向に孤立的でY方向にピッチbの周期的なパターンである。そのY方向密集パターン32Yを転写する際には、図2(B)のZ方向に一列に配置された二次光源24A〜24Dを用いて、各二次光源24A〜24Dからの偏光状態を図2(B)のように設定した一列の4極照明が使用される。
6B is a pattern obtained by rotating the X direction
次に、図6(A)の格子状に配列されたX方向密集パターン32Xを、図1の投影光学系PLを介してウエハW上の各ショット領域に露光転写する際には、第1段階として、回折光学素子6の代わりに回折光学素子60を配置する。これによって、照明系瞳面PIL上には図2(A)のX方向に一列4極の二次光源23A〜23Dが形成される。この設定は、露光対象のマスクパターンの種類に応じて主制御系11が行う。
Next, when the X-direction
次に、第2段階として、主制御系11は、駆動系12を介して照明系瞳面PILに偏光分布設定板14を配置して、入射する照明光の偏光状態をZ方向偏光にする。これによって、図2(A)に示すように、外側の二次光源23A及び23Bから射出される照明光の偏光状態はZ方向に直線偏光となり、内側の二次光源23C及び23Dから射出される照明光の偏光状態はX方向に直線偏光となる。
Next, as a second stage, the
以上の条件のもとで、図6(A)のX方向密集パターン32Xの像を図1の投影光学系PLを介してウエハW上の各ショット領域に投影する。この結果、図2(A)の主に外側の2つの二次光源23A及び23Bからの照明光によってX方向密集パターン32XのX方向(周期方向)における像の解像度及び焦点深度が向上する。また、主に内側の2つの二次光源23C及び23Dからの照明光によってX方向密集パターン32XのY方向(孤立方向)における像の解像度及び焦点深度が向上する。さらに、外側の2つの二次光源23A及び23Bからの照明光はZ方向(図6(A)ではY方向)に偏光しているため、各開口パターン31の像において照明光がY方向への直線偏光となり、各開口パターン31の像の解像度が向上する。また、内側の2つの二次光源23C及び23Dからの照明光はX方向に偏光しているため、図6(A)のX方向密集パターン32XをX方向に伸びる孤立線パターンとみなした場合に、照明光の偏光方向が孤立線に沿った方向となるため、孤立線パターンとしての解像度が向上する。
Under the above conditions, the X-direction
また、外側の二次光源23A及び23Bからの照明光と内側の二次光源23C及び23Dからの照明光とは偏光方向が直交しており、両者の光量はウエハ面上で実質的に単純加算されるため、周期方向(X方向)及び孤立方向(Y方向)における解像度及び焦点深度の拡大効果が相殺されることがなく、全体として解像度及び焦点深度が向上する。
一方、図6(B)の格子状に配列されたY方向密集パターン32Yを、図1の投影光学系PLを介してウエハW上の各ショット領域に露光転写する際には、第1段階として、回折光学素子6の代わりに回折光学素子61を配置する。これによって、照明系瞳面PIL上には図2(B)のZ方向に一列4極の二次光源24A〜24Dが形成される。次に、第2段階として、照明系瞳面PILに偏光分布設定板14を配置し、入射する照明光の偏光状態をX方向偏光にする。これによって、図2(B)に示すように、外側の二次光源24A及び24Bから射出される照明光の偏光状態はX方向に直線偏光となり、内側の二次光源24C及び24Dから射出される照明光の偏光状態はZ方向に直線偏光となる。
The illumination light from the outer secondary
On the other hand, when the Y-direction
以上の条件のもとで、図6(B)のY方向密集パターン32Yの像を図1の投影光学系PLを介してウエハW上の各ショット領域に投影する。この結果、図2(B)の主に外側の2つの二次光源24A及び24Bからの照明光によってY方向密集パターン32YのY方向(周期方向)における像の解像度及び焦点深度が向上する。また、主に内側の2つの二次光源24C及び24Dからの照明光によってY方向密集パターン32YのX方向(孤立方向)における像の解像度及び焦点深度が向上する。
Under the above conditions, the image of the Y-direction
次に、図7(A)及び(B)は、図2(A)の一列4極の二次光源23A〜23Dを用いて偏光状態を制御した照明条件のもとで、図6(A)のX方向密集パターン32Xの像を投影光学系PLを介して露光した場合の露光量の誤差(ドーズ誤差)と投影光学系PLの焦点深度(DOF)との関係を、コンピュータのシミュレーションによって求めた結果を示している。
Next, FIGS. 7A and 7B are the same as those in FIG. 6A under the illumination condition in which the polarization state is controlled by using the one-row, four-pole
なお、比較のために、図5に示すように、図2(A)と同様の一列4極の二次光源23A〜23Dを用いる際に、二次光源23A〜23Dから射出される照明光の偏光方向を全部Z方向(D1方向)とした場合についてもシミュレーションを行った。また、露光波長λは193.3nm(ArFエキシマレーザ)、投影光学系PLの像側の開口数NAは0.85、投影倍率は1/4倍とした。さらに、図3において、σ値換算で、照明光学系の開口数NAi(円周27の半径)を0.90、内側の2つの二次光源23C及び23Dの光軸からの距離R3を0.25、それら二次光源23C及び23Dの半径R2を0.12とした。
For comparison, as shown in FIG. 5, when using secondary light sources 23 </ b> A to 23 </ b> D having one row and four poles as in FIG. 2A, illumination light emitted from the secondary light sources 23 </ b> A to 23 </ b> D A simulation was also performed for the case where the polarization directions were all in the Z direction (D1 direction). The exposure wavelength λ is 193.3 nm (ArF excimer laser), the numerical aperture NA on the image side of the projection optical system PL is 0.85, and the projection magnification is 1/4. Further, in FIG. 3, in terms of σ value, the numerical aperture NAi (radius of the circumference 27) of the illumination optical system is 0.90, and the distance R3 from the optical axes of the two inner secondary
また、マスクパターンの誤差をウエハ上で±1nm、許容されるドーズ誤差の幅を6%として、転写される図6(A)の各開口パターン31の像の線幅(クリティカルディメンジョンCD)の許容される誤差ΔCDを±10%とした。
図7(A)は図5の偏光方向が全部Z方向の4極照明を用いた場合のシミュレーション結果、図7(B)は図2(A)の外側の偏光方向がZ方向で内側の偏光方向がX方向の4極照明を用いた場合のシミュレーション結果を示し、図7(A)及び(B)の横軸はベストフォーカス位置からのウエハ面のデフォーカス(nm)であり、縦軸は誤差を与えた露光量Eを適正露光量E0 で割った値の自然対数ln(E/E0 )である。また、図7(A)の曲線33A及び33Bはそれぞれ投影像の線幅誤差が−10%及び+10%となるシミュレーション結果を示し、図7(B)の曲線34A及び34Bはそれぞれ投影像の線幅誤差が−10%及び+10%となるシミュレーション結果を示している。
Further, assuming that the mask pattern error is ± 1 nm on the wafer and the allowable dose error width is 6%, the allowable line width (critical dimension CD) of each
FIG. 7A shows a simulation result in the case of using quadrupole illumination in which the polarization directions in FIG. 5 are all Z directions, and FIG. 7B shows the polarization direction in which the outer polarization direction in FIG. 7 shows simulation results in the case of using quadrupole illumination in the X direction, the horizontal axis of FIGS. 7A and 7B is the defocus (nm) of the wafer surface from the best focus position, and the vertical axis is The natural logarithm ln (E / E 0 ) is a value obtained by dividing the exposure amount E giving an error by the appropriate exposure amount E 0 . Also, curves 33A and 33B in FIG. 7A show simulation results in which the line width errors of the projected image are −10% and + 10%, respectively, and curves 34A and 34B in FIG. 7B are the lines of the projected image, respectively. The simulation results in which the width error is −10% and + 10% are shown.
図7(A)において、ドーズ誤差が6%以内の範囲33Cのデフォーカス量の幅である焦点深度幅DOF1は、67nmであり、図7(B)において、ドーズ誤差が6%以内の範囲34Cのデフォーカス量の幅である焦点深度幅DOF2は、184nmである。従って、図5の比較例(図7(A))に対して、本例の図2(A)のように内外で偏光方向を直交させた一列の4極照明を用いた場合(図7(B))には、一方向密集パターンを露光するに際して焦点深度がほぼ3倍程度に大幅に改善されることが分かる。
In FIG. 7A, the depth of focus DOF1, which is the width of the defocus amount in the
なお、露光対象のパターンが例えばX方向に所定ピッチで配置されたライン・アンド・スペースパターン(以下、「L&Sパターン」と言う)である場合、例えば図6(A)において各開口パターン31がY方向に細長いパターンである場合には、図1の照明系瞳面PILにおける光量分布が図8(A)のようになるX方向の2極照明を用いてもよい。以下の図8(A),(B)及び図9(A),(B)において、図2(A)及び(B)に対応する部分には同一符号を付している。また、図8(A),(B)及び図9(A),(B)において、直線25A,25B及び直線25C,25Dはそれぞれ二次光源の配列を説明するための仮想的な直線であり、円周27は、照明光学系の最大の開口数NAiを半径とする円周である。
When the pattern to be exposed is, for example, a line and space pattern (hereinafter referred to as “L & S pattern”) arranged at a predetermined pitch in the X direction, for example, in FIG. In the case of a pattern elongated in the direction, bipolar illumination in the X direction in which the light amount distribution on the illumination system pupil plane PIL in FIG. 1 is as shown in FIG. 8A may be used. In the following FIGS. 8A and 8B and FIGS. 9A and 9B, portions corresponding to FIGS. 2A and 2B are denoted by the same reference numerals. 8A, 8B and 9A, 9B, the
図8(A)の照明系瞳面PILにおいて、光軸AXをX方向に挟むように対称に、かつ開口数NAiの円周27にほぼ内接するように配置された2つのZ方向(マスク上のY方向に対応する方向)に細長い楕円状の二次光源23A及び23Bにおいて照明光の光量が大きく設定され、その他の領域では照明光の光量はほぼ0に設定されている。なお、転写対象のパターンがY方向に配列されたL&Sパターンである(図6(B)において各開口パターン31がX方向に細長いパターンである)場合には、図8(A)の光量分布を90°回転したZ方向の2極照明が使用される。
In the illumination system pupil plane PIL of FIG. 8A, two Z directions (on the mask) are arranged symmetrically so as to sandwich the optical axis AX in the X direction and substantially inscribed to the
図8(A)の2極照明を用いて、露光波長を193nm、投影光学系PLの像側の開口数NAを0.92、照明光学系の開口数NAiのσ値を0.97として、転写対象のL&Sパターンのウエハ上での線幅が60nm、ピッチが120nmである場合について焦点深度のシミュレーションを行った。その結果、ドーズ誤差が4%のときの焦点深度はほぼ300nmであった。 Using the dipole illumination of FIG. 8A, the exposure wavelength is 193 nm, the numerical aperture NA on the image side of the projection optical system PL is 0.92, and the σ value of the numerical aperture NAi of the illumination optical system is 0.97. Depth of focus was simulated when the line width of the L & S pattern to be transferred on the wafer was 60 nm and the pitch was 120 nm. As a result, the depth of focus was approximately 300 nm when the dose error was 4%.
さらに、図8(A)の2極照明において、照明光の偏光状態を2つの二次光源23A及び23BにおいてZ軸に平行なD1方向に偏光した直線偏光として、同様に焦点深度のシミュレーションを行った。その結果、ドーズ誤差が4%のときの焦点深度はほぼ400nmであり、偏光状態の制御を併用することで、焦点深度がほぼ30%改善されることが分かった。
Further, in the dipole illumination of FIG. 8A, the depth of focus is similarly simulated using the polarization state of the illumination light as linearly polarized light polarized in the D1 direction parallel to the Z axis in the two
次に、メモリセルのパターンと周辺回路のパターンとが混在するマスクパターンを一回の露光で転写する場合には、図1の照明系瞳面PILにおける光量分布が図8(B)のようになるX方向及びZ方向の4極照明を用いてもよい。
図8(B)の照明系瞳面PILにおいて、光軸AXをX方向及びZ方向に挟むように対称に、かつ開口数NAiの円周27にほぼ内接するように1対のZ方向に細長い楕円状の二次光源23A及び23Bと、1対のX方向に細長い楕円状の二次光源24A及び24Bとが設定されている。そして、二次光源23A,23B,24A,24Bにおいて照明光の光量が大きく設定され、その他の領域では照明光の光量はほぼ0に設定されている。この4極照明を用いることで、マスク上でX方向及びY方向のどの方向に配列されたパターンもそれぞれ必要な解像度で、かつ十分な焦点深度でウエハ上に転写することができる。
Next, when a mask pattern in which a memory cell pattern and a peripheral circuit pattern are mixed is transferred by one exposure, the light amount distribution on the illumination system pupil plane PIL in FIG. 1 is as shown in FIG. Alternatively, quadrupole illumination in the X direction and the Z direction may be used.
In the illumination system pupil plane PIL of FIG. 8B, the optical axis AX is symmetrically sandwiched between the X direction and the Z direction, and is elongated in a pair of Z directions so as to be substantially inscribed in the
この4極照明においても、照明光の偏光状態の制御を併用してもよい。この場合には、図8(B)において、照明光の偏光状態をX方向に離れた2つの二次光源23A及び23BにおいてZ軸に平行なD1方向に偏光した直線偏光として、Z方向に離れた2つの二次光源24A及び24BにおいてX軸に平行なD2方向に偏光した直線偏光とする。このように4極照明で、実質的に円周方向に偏光した直線偏光とすることで、焦点深度を改善できる。
Also in this quadrupole illumination, control of the polarization state of illumination light may be used in combination. In this case, in FIG. 8B, the polarization state of the illumination light is separated in the Z direction as linearly polarized light polarized in the D1 direction parallel to the Z axis in the two
また、図6(A)のX方向密集パターン32Xを露光する場合には、図1の照明系瞳面PILにおける光量分布が図9(A)のようになるX方向の3極照明を用いてもよい。
図9(A)の照明系瞳面PILにおいて、光軸AXをX方向に挟むように対称に配置された2つのZ方向(マスク上のY方向に対応する方向)に細長い楕円状の二次光源23A及び23Bと、光軸AX上に配置された小さい輪帯状の二次光源41とにおいて照明光の光量が大きく設定され、その他の領域では照明光の光量はほぼ0に設定されている。なお、転写対象のパターンが図6(B)のY方向密集パターン32Yである場合には、図9(A)の光量分布を90°回転したZ方向の3極照明が使用される。
Further, when the X direction
On the illumination system pupil plane PIL in FIG. 9A, an elliptical secondary elongated in two Z directions (directions corresponding to the Y direction on the mask) arranged symmetrically so as to sandwich the optical axis AX in the X direction. The light amount of the illumination light is set to be large in the
図9(A)の3極照明を用いると、外側の2つの二次光源23A及び23Bからの照明光によって周期方向であるX方向の解像度及び焦点深度が向上し、中央の輪帯状の二次光源41からの照明光によって孤立方向であるY方向の解像度及び焦点深度が向上する。
さらに、図9(A)の3極照明において、照明光の偏光状態をZ軸に平行なD1方向に偏光した直線偏光とする偏光状態の制御を併用してもよい。これによって、焦点深度がさらに改善される。
When the tripolar illumination in FIG. 9A is used, the resolution and the depth of focus in the X direction, which is the periodic direction, are improved by the illumination light from the outer two
Furthermore, in the tripolar illumination in FIG. 9A, the polarization state control of the polarization state of the illumination light to linearly polarized light that is polarized in the D1 direction parallel to the Z axis may be used in combination. This further improves the depth of focus.
また、例えばメモリセルの周辺回路のパターンを転写するような場合には、図1の照明系瞳面PILにおける光量分布が図9(B)のようになる9極照明を用いてもよい。
図9(B)の照明系瞳面PILにおいて、光軸AX上の大きい輪帯状の二次光源42、それを囲む4個の円形の二次光源43、及びさらにそれを囲む4個の円形の二次光源44からなる9個の領域において照明光の光量が大きく設定され、その他の領域では照明光の光量はほぼ0に設定されている。また、X軸に+45°で交差する直線25C及び−45°で交差する直線25Dを用いて、直線25C及び25Dに沿ってそれぞれ5個の二次光源が配置されている。
For example, when transferring the pattern of the peripheral circuit of the memory cell, nine-pole illumination in which the light amount distribution on the illumination system pupil plane PIL in FIG. 1 is as shown in FIG. 9B may be used.
In the illumination system pupil plane PIL of FIG. 9B, a large annular secondary
この場合、中央の二次光源42からの照明光によって孤立的なパターンの解像度及び焦点深度が向上し、それを囲む4個の二次光源43からの照明光によって中程度のピッチのL&Sパターンの解像度及び焦点深度が向上し、さらにそれを囲む4個の二次光源44からの照明光によって微細ピッチのL&Sパターンの解像度及び焦点深度が向上する。従って、図9(B)の9極照明を用いることによって、種々のパターンを含む周辺回路のパターンを高解像度で、かつ深い焦点深度で露光できる。
In this case, the resolution and depth of focus of the isolated pattern are improved by the illumination light from the central secondary
なお、図8(A)、(B)又は図9(A)、(B)の二次光源を用いる照明を行う場合には、図1において、回折光学素子6が対応する二次光源を生成するための別の回折光学素子と交換される。その後、図8(A)、(B)又は図9(A)の二次光源を用いる照明を行う場合には、さらに1/2波長板10の回転角制御、デポラライザ20の照明光路からの退避、及び偏光分布設定板14の他の偏光分布設定板との交換を含む偏光制御が行われる。即ち、図1の露光装置においては、図2(A)、(B)、図8(A)、(B)、及び図9(A)、(B)の二次光源を用いる複数の照明方法から選択された任意の照明方法を用いることができる。
When illumination using the secondary light source shown in FIGS. 8A and 8B or FIGS. 9A and 9B is performed, the secondary light source corresponding to the diffractive optical element 6 in FIG. 1 is generated. To be replaced with another diffractive optical element. Thereafter, when illumination using the secondary light source of FIG. 8A, FIG. 8B or FIG. 9A is performed, the rotation angle of the half-
また、図2(A)(図3)、図2(B)、図8(A)、(B)、及び図9(A)に示した外側の二次光源23A,23B,24A,24Bは、それぞれ細長い楕円状であることが好ましいが、円形などの他の形状でもよい。さらに、図2(A)(図3)(又は図2(B))中の外側の二次光源23A,23B(又は24A,24B)と内側の二次光源23C,23D(又は24C,24D)とで必ずしも照明光の強度をほぼ同一にしなくともよい。
2A (FIG. 3), FIG. 2 (B), FIG. 8 (A), (B), and FIG. 9 (A), the outer secondary
次に、本発明の第2の実施形態につき図10及び図11を参照して説明する。本例でも基本的に図1の露光装置を使用する。本例では、上記の実施形態の動作に加えて、露光時にさらにマスクパターンの投影光学系PLによる像とウエハ面とを投影光学系PLの光軸方向に相対移動(又は相対振動)させる。
図10は、図1の露光装置のウエハステージ系の要部を示し、この図10において、ウエハWは、Zレベリングステージ35上に吸着保持され、Zレベリングステージ35は、3箇所のZ方向に駆動可能なアクチュエータ36A,36B,36Cを介してXYステージ37上に支持され、XYステージ37は、不図示のリニアモータ等を含む駆動機構によってウエハベース39上をX方向、Y方向に駆動される。Zレベリングステージ35、アクチュエータ36A〜36C、及びXYステージ37を含んでウエハWを保持するウエハステージ38(マスクパターンの像とウエハWとを投影光学系PLの光軸方向に相対移動する移動装置)が構成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example as well, the exposure apparatus shown in FIG. 1 is basically used. In this example, in addition to the operation of the above-described embodiment, the image of the mask pattern by the projection optical system PL and the wafer surface are further relatively moved (or relatively vibrated) in the optical axis direction of the projection optical system PL during exposure.
FIG. 10 shows the main part of the wafer stage system of the exposure apparatus of FIG. 1. In FIG. 10, the wafer W is sucked and held on the
この場合、投影光学系PLの側面近傍には、ウエハWの表面のフォーカス位置(光軸AX1方向の位置)を計測する光学式の斜入射方式の焦点位置検出系(不図示)が配置されており、この焦点位置検出系の検出結果に基づいてアクチュエータ36A〜36CのZ方向の駆動量を制御することで、露光中にもウエハWのフォーカス位置を制御できる。これによって、露光中にマスクMのパターンの投影光学系PLによる像とウエハ面とを光軸AX1方向に相対移動する。即ち、露光中に投影光学系PLの焦点深度内でその像面に対するウエハ面の相対的な位置関係が連続的又は段階的に変化し、露光対象となるウエハ面の所定領域は異なるフォーカス位置でそれぞれ照明光がショットが照射される。なお、ウエハ面をZ方向に移動する代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えばマスク面をZ方向に移動する、又は投影光学系PLの少なくとも1つの光学素子を移動することなどによって、投影光学系PLの像面(パターン面)を移動してもよいことは明らかである。
In this case, an optical oblique incidence type focus position detection system (not shown) for measuring the focus position (position in the optical axis AX1 direction) of the surface of the wafer W is disposed near the side surface of the projection optical system PL. The focus position of the wafer W can be controlled even during exposure by controlling the drive amount in the Z direction of the
本例では、図2(A)(又は図2(B))の偏光方向が直交する一列の4極照明を用いて図6(A)のX方向密集パターン32X(又は図6(B)のY方向密集パターン32Y)のような一方向密集パターンを露光する際に、図10に示すようにウエハWを投影光学系PLの光軸AX1に沿ってΔZだけ移動する。その移動幅ΔZは、ウエハW上のフォトレジストの厚さよりも小さく、かつ投影光学系PLの焦点深度の幅程度又はこれより小さい程度である。
In this example, the X direction
図11(A)及び(B)は、それぞれ露光中にウエハ面を光軸方向に静止している場合、及びウエハ面を光軸方向に移動する場合の露光量誤差(ドーズ誤差)と焦点深度(DOF)との関係を求めたシミュレーション結果の一例を示し、図11(A)及び(B)の横軸はドーズ誤差(%)、縦軸は焦点深度(DOF)である。マスクパターンや照明条件等は図7の場合と同様である。なお、図11(A)及び(B)において、焦点深度DOFaは焦点深度の実用的な下限値の一例、ドーズ誤差ΔEはドーズ誤差の制御可能な下限値の一例である。 FIGS. 11A and 11B respectively show an exposure error (dose error) and a depth of focus when the wafer surface is stationary in the optical axis direction during exposure and when the wafer surface is moved in the optical axis direction. An example of the simulation result which calculated | required the relationship with (DOF) is shown, the horizontal axis of FIG. 11 (A) and (B) is a dose error (%), and a vertical axis | shaft is a depth of focus (DOF). The mask pattern and illumination conditions are the same as in the case of FIG. In FIGS. 11A and 11B, the depth of focus DOFa is an example of a practical lower limit value of the depth of focus, and the dose error ΔE is an example of a lower limit value of which the dose error can be controlled.
また、図11(A)の曲線40Aは、例えば通常の2極照明で図6(A)のX方向密集パターン32Xを露光した場合のドーズ誤差と焦点深度との関係を示し、曲線40Bは、例えば図2(A)の偏光方向が直交する一列の4極照明を用いて図6(A)のX方向密集パターン32Xを露光した場合のドーズ誤差と焦点深度との関係を示している。このように図2(A)の一列の4極照明を用いても焦点深度が実用的な下限値DOFaに達しない場合に、ウエハ面を光軸方向に移動する動作を併用することが望ましい。
A
図11(B)において、曲線40A及び40Bは図11(A)の場合と同じであり、曲線40Cは、例えば図2(A)の偏光方向が直交する一列の4極照明を用いて図6(A)のX方向密集パターン32Xを露光する際に、図10に示すようにウエハ面を光軸AX1方向に所定幅だけ移動した場合のドーズ誤差と焦点深度との関係を示し、曲線40Dは、曲線40Cの場合よりもウエハ面の光軸AX1方向への移動幅を広くした場合のドーズ誤差と焦点深度との関係を示している。
11B,
図11(A)から、図2(A)(又は図2(B)でも同様)の偏光方向が直交する一列の4極照明を用いることによって、ドーズ誤差の許容範囲及び焦点深度の許容範囲の両方を拡大できることが分かる。また、図11(B)から、ウエハ面を光軸方向に移動する動作を併用することによって、さらに焦点深度の許容範囲を拡大できるとともに、ウエハ面の移動量を広くすることで、焦点深度の許容範囲の拡大量も大きくなることが分かる。 From FIG. 11 (A), by using a single row of quadrupole illumination in which the polarization directions in FIG. 2 (A) (or FIG. 2 (B) are orthogonal), the tolerance of the dose error and the tolerance of the depth of focus can be reduced. You can see that both can be expanded. In addition, from FIG. 11B, by combining the operation of moving the wafer surface in the optical axis direction, the allowable range of the depth of focus can be further expanded, and the amount of movement of the wafer surface can be widened to increase the depth of focus. It can be seen that the amount of expansion of the allowable range also increases.
このように、本例によれば、図2(A)又は図2(B)の偏光方向が直交する一列の4極照明に対して、露光中にマスクパターンの像とウエハ面との投影光学系PLの光軸方向の相対移動を行うことによって、一方向密集パターンを露光する際の焦点深度をさらに広くすることができる。
なお、上記の実施形態では転写対象のパターンはコンタクトホール用のパターンであるが、そのパターンは、例えばフラッシュメモリ(SRAMなど)やCPU等の半導体デバイスに設けられるパターンである。しかしながら、上記の実施形態において、転写対象のパターンは他のどのような1次元又は2次元の格子状に配列されたパターンであってもよい。
As described above, according to this example, the projection optics between the mask pattern image and the wafer surface during exposure with respect to the row of quadrupole illumination in which the polarization directions in FIG. 2A or FIG. By performing the relative movement of the system PL in the optical axis direction, the depth of focus when the one-way dense pattern is exposed can be further increased.
In the above embodiment, the pattern to be transferred is a contact hole pattern, but the pattern is a pattern provided in a semiconductor device such as a flash memory (SRAM or the like) or a CPU, for example. However, in the above embodiment, the pattern to be transferred may be any other pattern arranged in a one-dimensional or two-dimensional lattice.
なお、上述の実施形態の露光装置は、不図示のコラム機構を設置した後、複数のレンズから構成される照明光学系、反射屈折系からなる投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。 In the exposure apparatus of the above-described embodiment, after installing a column mechanism (not shown), an illumination optical system composed of a plurality of lenses and a projection optical system composed of a catadioptric system are incorporated in the exposure apparatus body and optical adjustment is performed. Then, a reticle stage or wafer stage made up of a large number of mechanical parts can be attached to the exposure apparatus body, wiring and piping are connected, and overall adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.) can be made. The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、及び検査ステップ等を経て製造される。なお、この半導体デバイスは、少なくともフラッシュメモリ(SRAMなど)やCPUを含むことが好ましい。 Further, when a semiconductor device is manufactured using the exposure apparatus of the above-described embodiment, the semiconductor device includes a step of designing a function and performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on this step, and a wafer from a silicon material. Forming step, aligning with the exposure apparatus of the above-described embodiment to expose the pattern of the reticle onto the wafer, forming circuit pattern such as etching, device assembly step (including dicing process, bonding process, and packaging process) ) And an inspection step. This semiconductor device preferably includes at least a flash memory (such as SRAM) and a CPU.
また、本発明は、例えば国際公開第99/49504号で開示されている液浸型の露光装置で露光を行う場合にも適用できる。また、本発明は、波長数nm〜100nm程度の極端紫外光(EUV光)を露光ビームとして用いる投影露光装置で露光を行う場合にも適用できる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光工程(露光装置)にも適用することができる。
The present invention can also be applied to the case where exposure is performed with an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, International Publication No. 99/49504. The present invention can also be applied to the case where exposure is performed with a projection exposure apparatus that uses extreme ultraviolet light (EUV light) having a wavelength of about several nm to 100 nm as an exposure beam.
In addition, the present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, for example, an exposure apparatus for a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display, It can also be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing various devices such as an image sensor (CCD or the like), a micromachine, a thin film magnetic head, and a DNA chip. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithographic process.
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention.
本発明によれば、一方向密集型の格子状に配列された複数のパターンを転写する際に、高い解像度が得られるとともに広い焦点深度が確保できる。従って、例えばコンタクトホールを含むようなデバイスを高い歩留りで高精度に製造できる。 According to the present invention, when transferring a plurality of patterns arranged in a one-way dense lattice, a high resolution can be obtained and a wide depth of focus can be secured. Therefore, for example, a device including a contact hole can be manufactured with high yield and high accuracy.
M…マスク、PL…投影光学系、W…ウエハ、6,60〜63…回折光学素子、8…マイクロレンズアレイ、12…駆動系、14…偏光分布設定板、23A〜23D…X方向に一列4極の二次光源、24A〜24D…Z方向に一列4極の二次光源、31…開口パターン、32X…X方向密集パターン、32Y…Y方向密集パターン M ... Mask, PL ... Projection optical system, W ... Wafer, 6, 60-63 ... Diffractive optical element, 8 ... Micro lens array, 12 ... Drive system, 14 ... Polarization distribution setting plate, 23A-23D ... One row in X direction 4 poles secondary light source, 24A-24D ... 1 row 4 poles secondary light source in Z direction, 31 ... aperture pattern, 32X ... X direction dense pattern, 32Y ... Y direction dense pattern
Claims (12)
照明光学系からの露光ビームで複数の前記パターンを照明するに際して、前記照明光学系の瞳面上で光軸からほぼ対称にずれた2つの第1領域と、この2つの第1領域の内側で前記光軸に対してほぼ対称にずれた2つの第2領域とにおける前記露光ビームの光量を他の領域よりも高める工程と、
前記露光ビームの偏光状態を、前記照明光学系の瞳面上で前記2つの第1領域と前記2つの第2領域とで偏光方向が実質的に直交する直線偏光に設定する工程とを備えたことを特徴とする露光方法。 In an exposure method of transferring and exposing a plurality of patterns arranged in a lattice shape onto an object via a projection optical system,
When illuminating a plurality of the patterns with the exposure beam from the illumination optical system, two first regions that are substantially symmetrically shifted from the optical axis on the pupil plane of the illumination optical system, and inside the two first regions Increasing the amount of light of the exposure beam in the two second regions shifted substantially symmetrically with respect to the optical axis, compared to other regions;
Setting the polarization state of the exposure beam to linearly polarized light whose polarization direction is substantially orthogonal between the two first regions and the two second regions on the pupil plane of the illumination optical system. An exposure method characterized by the above.
2つの前記第1領域における前記露光ビームの偏光方向は前記直線に直交する方向であり、2つの前記第2領域における前記露光ビームの偏光方向は前記直線に平行な方向であることを特徴とする請求項1又は2に記載の露光方法。 Each of the two first and second regions on the pupil plane of the illumination optical system are arranged along a straight line substantially passing through the optical axis;
The polarization direction of the exposure beam in the two first regions is a direction orthogonal to the straight line, and the polarization direction of the exposure beam in the two second regions is a direction parallel to the straight line. The exposure method according to claim 1 or 2.
2つの前記第2領域の中心の前記光軸との距離はコヒーレンスファクタに換算して0.15から0.35であり、前記第2領域はコヒーレンスファクタに換算して0.05から0.2の半径の円形領域であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の露光方法。 The coherence factor outside the two first regions is 0.8 to 0.95;
The distance between the center of the two second regions and the optical axis is 0.15 to 0.35 in terms of a coherence factor, and the second region is 0.05 to 0.2 in terms of a coherence factor. The exposure method according to any one of claims 1 to 4, wherein the exposure method is a circular region having a radius of.
前記所定パターンが、格子状に配列された複数のパターンを含むときに、
複数の前記パターンの配置に応じて、前記照明光学系の瞳面上で光軸からほぼ対称にずれた2つの第1領域と、この2つの第1領域の内側で前記光軸に対してほぼ対称にずれた2つの第2領域とにおける前記露光ビームの光量を他の領域よりも高めるとともに、
前記露光ビームの偏光状態を、前記照明光学系の瞳面上で前記2つの第1領域と前記2つの第2領域とで偏光方向が実質的に直交する直線偏光に設定する照明条件制御系を備えたことを特徴とする露光装置。 In an exposure apparatus that illuminates a predetermined pattern with an exposure beam from an illumination optical system and exposes an object with an image through the projection optical system of the predetermined pattern,
When the predetermined pattern includes a plurality of patterns arranged in a lattice pattern,
According to the arrangement of the plurality of patterns, two first regions that are substantially symmetrically shifted from the optical axis on the pupil plane of the illumination optical system, and substantially within the two first regions with respect to the optical axis. While increasing the amount of light of the exposure beam in the two second regions that are symmetrically shifted from other regions,
An illumination condition control system for setting the polarization state of the exposure beam to linearly polarized light in which the polarization direction is substantially orthogonal between the two first regions and the two second regions on the pupil plane of the illumination optical system; An exposure apparatus comprising the exposure apparatus.
2つの前記第1領域における前記露光ビームの偏光方向を前記直線に直交する方向として、2つの前記第2領域における前記露光ビームの偏光方向を前記直線に平行な方向とすることを特徴とする請求項8又は9に記載の露光装置。 Each of the two first regions and the second region on the pupil plane of the illumination optical system is substantially arranged along a straight line passing through the optical axis, and the illumination condition control system includes:
The polarization direction of the exposure beam in the two first regions is a direction orthogonal to the straight line, and the polarization direction of the exposure beam in the two second regions is a direction parallel to the straight line. Item 10. The exposure apparatus according to Item 8 or 9.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005099920A JP4591155B2 (en) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Exposure method and apparatus, and device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005099920A JP4591155B2 (en) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Exposure method and apparatus, and device manufacturing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006278979A JP2006278979A (en) | 2006-10-12 |
JP4591155B2 true JP4591155B2 (en) | 2010-12-01 |
Family
ID=37213357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005099920A Expired - Fee Related JP4591155B2 (en) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | Exposure method and apparatus, and device manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4591155B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103345122A (en) * | 2013-06-27 | 2013-10-09 | 上海华力微电子有限公司 | System and method for improving photolithography process capacity |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008080534A1 (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-10 | Carl Zeiss Smt Ag | Catadioptric projection objective with tilted deflecting mirrors, projection exposure apparatus, projection exposure method, and mirror |
JP5103995B2 (en) * | 2007-04-10 | 2012-12-19 | 株式会社ニコン | Exposure method and apparatus, and device manufacturing method |
JP4997006B2 (en) * | 2007-07-18 | 2012-08-08 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Reflective exposure method |
JP5365982B2 (en) * | 2008-10-02 | 2013-12-11 | 株式会社ニコン | Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method |
JP5565263B2 (en) * | 2009-11-06 | 2014-08-06 | 株式会社ニコン | Liquid crystal display device manufacturing method and exposure apparatus |
CN103345123B (en) * | 2013-06-27 | 2015-04-08 | 上海华力微电子有限公司 | System and method for improving photolithography process capacity |
CN103336410B (en) * | 2013-06-27 | 2015-05-06 | 上海华力微电子有限公司 | Device for enhancing capability of lithographic process and lithographic process using same |
JP2018049127A (en) | 2016-09-21 | 2018-03-29 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Exposure device, exposure method and production method of device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07201723A (en) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Toshiba Corp | Aligning method and device |
JP2002231619A (en) * | 2000-11-29 | 2002-08-16 | Nikon Corp | Optical illumination equipment and aligner equipped with the same |
JP2003297727A (en) * | 2002-04-03 | 2003-10-17 | Nikon Corp | Illumination optical device, exposure apparatus, and method of exposure |
JP2003318087A (en) * | 2002-04-23 | 2003-11-07 | Canon Inc | Illumination optical system, illumination method, and exposure apparatus |
WO2004090952A1 (en) * | 2003-04-09 | 2004-10-21 | Nikon Corporation | Exposure method and apparatus, and device manufacturing method |
WO2005010963A1 (en) * | 2003-07-24 | 2005-02-03 | Nikon Corporation | Illuminating optical system, exposure system and exposure method |
-
2005
- 2005-03-30 JP JP2005099920A patent/JP4591155B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07201723A (en) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Toshiba Corp | Aligning method and device |
JP2002231619A (en) * | 2000-11-29 | 2002-08-16 | Nikon Corp | Optical illumination equipment and aligner equipped with the same |
JP2003297727A (en) * | 2002-04-03 | 2003-10-17 | Nikon Corp | Illumination optical device, exposure apparatus, and method of exposure |
JP2003318087A (en) * | 2002-04-23 | 2003-11-07 | Canon Inc | Illumination optical system, illumination method, and exposure apparatus |
WO2004090952A1 (en) * | 2003-04-09 | 2004-10-21 | Nikon Corporation | Exposure method and apparatus, and device manufacturing method |
WO2005010963A1 (en) * | 2003-07-24 | 2005-02-03 | Nikon Corporation | Illuminating optical system, exposure system and exposure method |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103345122A (en) * | 2013-06-27 | 2013-10-09 | 上海华力微电子有限公司 | System and method for improving photolithography process capacity |
CN103345122B (en) * | 2013-06-27 | 2015-08-26 | 上海华力微电子有限公司 | Strengthen the system and method for photolithographic process capability |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006278979A (en) | 2006-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7446858B2 (en) | Exposure method and apparatus, and method for fabricating device | |
US6991877B2 (en) | Exposure method and apparatus | |
JP4591155B2 (en) | Exposure method and apparatus, and device manufacturing method | |
US20050280796A1 (en) | Illumination optical system and method, and exposure apparatus | |
JP4750525B2 (en) | Exposure method and device manufacturing method | |
JP2007142084A (en) | Exposure method and manufacturing method of device | |
JP2006253241A (en) | Exposure method and equipment, and device manufacturing method | |
JP5103995B2 (en) | Exposure method and apparatus, and device manufacturing method | |
JP5126646B2 (en) | Exposure method and apparatus, and device manufacturing method | |
JP2011077439A (en) | Exposure method and method of manufacturing device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080229 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100809 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100817 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100830 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130924 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4591155 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130924 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |